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基于Pro


2007 年第 3 期

产品开发与设计 47

基于Pr o/Engineer 的枪械三维CAD系统研究
陈承晖
( 武警工程学院研究生队 陕西 西安 710086 )



要: 文章主要介绍了无纸化条件下的枪械三

维 造 型 设 计 , 利 用 Pro

/ E 软 件 进 行 绘 制 、 态 仿 真 和 有 动 限元分析, 对枪械各部件间的动作可靠性和材料的强 度校核进行初步验证。 关 键 词 : Pro/ Engineer ; 三 维 仿 真 ; 实 体 造 型 ; 有 限 元分析

本上提高了机械 CAD/CAM/CAE 的层次高度, 从而 使在枪械设计方面, 既可以系统地解决枪械设计上 的相关问题, 也可以独立地针对性地解决枪械设计 中的某项缺陷。

1.1 Pro/Engineer 是 美 国 PTC 公 司 推 出 的 一 款 三 维 CAD软 件 , 可 以 进 行 三 维 实 体 造 型 设 计 , 有 限 元 分
析和运动仿真, 已经在机械设计领域得到了广泛的 应用。在枪械产品领域进行设计时, Pro/E 以其设计 直观、 形象逼真、 据 精 确 的 技 术 优 势 突 破 了 传 统 数 枪械设计乃至二维 CAD开发的瓶颈, 使设计人员在 方案设计阶段就能通过三维仿真设计全面、 直观和 形象地 了 解 设 计 产 品 的 三 维 立 体 全 貌 和 设 计 尺 寸 减 数据 , 从而最大限 度 地 减 少 设 计 失 误 、 小 设 计 工 程量、 降低机械加 工 成 本 和 缩 短 设 计 周 期 , 最 终 提 高设计质量。

三维造型 三维造型是三维仿真技术的基础。 Pro/E 中提供

了能满足枪械设计需求的建模工具, 图 2 为枪管套 筒的三维造型。 同时, 基于Pro/E 的参数化思想, 可以

图2

枪管套筒



P ro/E 在枪械设计中的具体应用
枪械三维仿真流程如图1所示。

用来约束表达三维造型的形状特征, 以一组参数来 控制设计结果, 通过变换设计参数来实现产品模型 的更改或相似产品模型的创建。通过将零件模型用

Pro/Engineer 交互方式创建其三维基本模型, 建立相
应的设计参数和约束关系, 并保存到零部件基本数 据 库 作 为 标 准 零 部 件 模 型 , 然 后 由 Pro/E 自 嵌 的

Toolkit程序检索基准零部件模型的设计参数供用户
编辑修改, 最后按 照 新 的 设 计 参 数 更 新 , 设 计 出 新 的零部件模型, 实现快速设计。

1.2
图1 枪械三维仿真设计流程图

虚拟装配仿真 完成三维造型阶段后, 产品设计进入装配阶

段。在这个阶段, 设计人员可应用 Pro/E 对组成机构
收稿日期: 2007- 03- 12 作者简介: 陈承晖( 1984- ) , 男, 福建莆田人, 军事装备学硕 士研究生, 从事警用器材研究。

一般来说, 一个通用化的枪械 CAD系统至少应 该 包 括 枪 械 CAD绘 制 模 块 和 枪 械 仿 真 模 块 两 个 基 本模块, 而在 Pro/E 系统工程中, 单一的数据库结构、 参数化设计方式、 基于特征和完全关联的概念从根

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的各零部件进行模 拟 装 配 仿 真 , 以 确 定 装 配 、 位 定 的灵活性和相关性, 还可及时检查装配是否存在设 计尺寸干涉, 为后续实际装配奠定坚实基础。此外, 在装配 仿 真 的 基 础 上 可 方 便 快 捷 地 绘 制 装 配 图 和 分解图, 如图3所示。

一时刻的位置、 运动量以及各运动副之间的相互运 动关系及关键部件的受力情况, 将整枪设计中可能 存在的问题消除在萌芽状态, 减少试验的费用, 并 大大缩短产品的开发周期。

1.4

有限元分析及优化 随着有限元分析及优化分析技术的应用和发

展, 通过与三维仿真有机融合的有限元分析模块, 可根据需要摸拟现实工况, 对产品进行结构特性分 析和优化, 从而提高产品质量, 达到设计目标。
图3 手枪分解和结合图解

Pro/E 的虚拟装配仿真是定义 在 利 用 零 部 件 的
链接关系来进行约束而建立起的装配。它可以通过 配对的 约 束 条 件 在 枪 械 各 部 件 之 间 建 立 起 约 束 关 系来确定它们在整枪环境中的位置。特别要提到的 是, Pro/E 的虚拟装配是部件的被利用过程, 而不仅 仅是复制的过程。基于 Pro/E 具有单一数据库的特 性, 不管如何编辑 部 件 和 在 何 处 编 辑 部 件 , 整 个 装 配部件保持关联性 , 如 果 修 改 某 个 零 部 件 , 则 引 用 它的装配件自动更新。
图5 手枪联接座分析

在进行有限元优化分析时, 就不能不提到 Me-

chanica 结构强度分析, 它是与 Pro/E 软件无缝集成的
有限元软件, 可以实现在设计初期就将设计和分析 结合起来, 从而实现智能设计。 Mechanica 的使用不 需要有较深的有限元知识, 只要懂得材料属性和应 力应变就可以进行复杂模型的分析。图 5 是对手枪 联接座 机 构 模 型 虚 拟 装 配 环 境 下 进 行 的 结 构 分 析 和优化分析。如有必要, 还可以完成更专业的分析, 如静态分析、 模态分析、 曲屈 分 析 、 触 分 析 、 紧 接 预 分析和振动分析等。

1.3

机构运动分析与仿真 通过计算机技术来模拟真实机构的运动过程,

同时借 助 系 统 建 模 技 术 和 可 视 化 技 术 来 实 现 机 构 仿真。枪械设计的运动仿真不仅需要正确的静态尺 寸设计, 还要求产品结构设计合理, 结构性能好, 各 相关零部件不彼此发生碰撞干涉, 从而保证机构安 全可靠。



结束语
Pro/Engineer 的优势在于三维仿真, 从枪械设计

上来看, 它集成了 实 体 造 型 、 真 和 有 限 元 分 析 的 仿 功能, 使用统一的 三 维 实 体 模 型 , 在 完 成 三 维 实 体 造型的基础上方便地进行装配仿真、 机构运动分析 与仿真和有限元分析, 为设计人员在利用计算机进
图4 击针运动仿真

行辅助和优化产品结构、 缩短设计周期开辟了一条 途径。
参考文献

Pro/E 机构运动分析和仿真的 主 要 工 作 就 是 完
成装配和定义连接 , 添 加 驱 动 器 , 运 动 仿 真 和 结 果 回 放 。 它 是 在 Pro/E 系 统 的 装 配 模 式 中 进 行 的 , 其

[1] 张 继 春 .Pro/Engineer 二 次 开 发 实 用 教 程 . 北 京 : 北 京 大 学
出 版 社 , 2004 [2] 祝 凌 云 等 .Pro/Engineer 运 动 仿 真 和 有 限 元 分 析 . 北 京 : 人 民 邮 电 出 版 社 , 2004

Mechanism功 能 专 门 用 来 处 理 装 配 件 的 运 动 仿 真 ,
图 4 为击针解脱和机锤后倒运动的仿真分析。手枪 的 整 个 击 发 动 作 可 通 过 Mechanism 来 进 行 机 构 仿 真, 可以在进行整 体 设 计 和 零 件 设 计 后 , 对 各 种 零 件进行装配后模拟发射机构的运动, 从而检查机构 的运动是否达到设计要求, 各种运动构件之间是否 发生干涉。同时, 可直接分析各运动副与构件在某

[3] Ed M iller.PDM Today.,Computer2A ided Engineering, 1990, 14 (2) : 32- 41 [4] 刘 长 毅 . 枪 械 自 动 机 方 案 设 计 智 能 CAD 技 术 研 究 [M]. 兵
工 学 报 , 2001 , ( 1 )


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